دانشمندان موفق شده‌اند اجزای اصلی محاسباتی کامپیوتر را در یک رشته فیبر انعطاف‌پذیر جای دهند. این محققان امیدوارند روزی بتوانند تعداد زیادی از این فیبرها را به صورت یک شبکه هماهنگ «محاسبات فیبری» به هم ببافند؛ به عبارت دیگر، لباس‌هایی با قابلیت‌های هوشمند و محاسباتی داخلی بسازند که بتوانند با بدن انسان تعامل مستقیم داشته باشند و داده‌ها را به شکل هوشمند جمع‌آوری و پردازش کنند.
پارچه‌های هوشمند که با نام‌های بافت هوشمند یا الیاف الکترونیکی (e-textiles) نیز شناخته می‌شوند، موادی هستند که شامل اجزای الکترونیکی بوده و می‌توانند قابلیت‌های دستگاه‌های پوشیدنی و دیگر محصولات را ارتقاء دهند. کاربردهای بالقوه این فناوری بسیار گسترده است و می‌توان آن را در لباس‌ها، نمایشگرهای بافته شده، تجهیزات پزشکی و حتی لباس‌های ورزشی پیشرفته استفاده کرد.
یکی از نخستین نمونه‌های مدرن استفاده از چنین فناوری، پروژه LilyPad در سال ۲۰۰۷ بود. ای پروژه مجموعه‌ای از اجزای الکترونیکی قابل دوخت بود که برای به کارگیری در لباس‌های تعاملی، اسباب‌بازی‌ها و مجسمه‌ها طراحی شده بودند. با این حال، یکی از محدودیت‌های عمده پارچه‌های هوشمند سنتی این است که توان محاسباتی هر فیبر محدود بوده و هیچ یک از این رشته‌ها حاوی اجزای مستقل محاسباتی نیستند. به همین دلیل، انجام وظایف پایه‌ای مانند تفسیر سیگنال‌های زیستی در زمان واقعی دشوار بوده و دریافت داده‌ها برای پردازش‌های بعدی بسیار مشکل است.
اما در مطالعه‌ای جدید که در مجله Nano-Micro Letters منتشر شده، دانشمندان موفق شدند حسگر، ماژول ارتباطی، پردازنده و ذخیره‌ساز داده را در یک رشته فیبر واحد جای دهند. هر فیبر انعطاف‌پذیر دارای ۶۰% قابلیت کشش است و می‌توان از آن برای بافت لباس‌های عملی و کاربردی استفاده کرد.
این فیبر نوآورانه همچنین امکان افزایش دقت لباس‌های هوشمند یا دستگاه‌ها را فراهم می‌کند، زیرا داده‌ها از چندین نقطه جمع‌آوری شده و تعامل زمان واقعی بین محاسبات فیبر و بدن انسان برقرار می‌شود. هر فیبر توسعه یافته در این تحقیق شامل هشت دستگاه بود، از جمله چهار حسگر (یک فوتودتکتور، حسگر دما، شتاب‌سنج و حسگر PPG که تغییرات جذب نور توسط پوست را اندازه‌گیری می‌کند)، یک میکروکنترلر، دو ماژول ارتباطی و تجهیزات مدیریت انرژی. این اجزا به صورت هماهنگ داده‌ها را جمع‌آوری، پردازش، ذخیره و نتایج را منتقل کردند.
برای ارزیابی کارایی سیستم جدید، محققان چهار فیبر هوشمند را در آستین لباس و پاچه‌های شلوار تعبیه کردند و از یک فرد خواستند مجموعه‌ای از تمرینات وزن بدن شامل اسکوات، لانج و پلانک را انجام دهد. هر فیبر دارای یک شبکه عصبی آموزش‌دیده مستقل بود؛ مجموعه‌ای از الگوریتم‌های یادگیری ماشین که عملکرد مغز انسان را برای پردازش اطلاعات شبیه‌سازی می‌کند. این ویژگی به فیبرها اجازه می‌داد حرکات مختلف را در زمان واقعی شناسایی کنند، از جمله اسکوات، پلانک، چرخش دست و حرکات دیگر.
یک فیبر به تنهایی توانست با دقت ۶۷% حرکات خاص را تشخیص دهد، در حالی که همکاری چهار فیبر دقت را به ۹۵% افزایش داد. محققان بیان کردند که این بهبود شگرف نشان‌دهنده پتانسیل عظیم حسگری تعاملی چند فیبری و پردازش توزیع‌شده است و رویکردی انقلابی برای سیستم‌های پوشیدنی هوشمند ارائه می‌دهد که محاسبات محلی را با تصمیم‌گیری شبکه‌ای ترکیب می‌کند تا عملکردی دقیق و مقاوم ارائه دهد.
محققان همچنین می‌گویند که اگرچه نتایج حاصل نویدبخش است، اما هنوز چالش‌هایی در بهینه‌سازی سرعت ارتباط، کاهش مصرف انرژی و افزایش پهنای باند وجود دارد. برای گسترش شبکه‌ای از این کامپیوترهای مبتنی بر فیبر، نیاز است بهره‌وری تبادل اطلاعات بین گره‌های مستقل افزایش یابد.
در تحقیقات آینده، آنان قصد دارند پروتکل‌های ارتباطی با توان بالا و تاخیر کم طراحی کنند که به طور ویژه برای این نوع کامپیوترهای فیبری بهینه‌سازی شده باشند تا بتوانند مقیاس‌پذیری و کارایی عملیاتی بالاتری ارائه دهند.
دیدگاه ها